Étude des procédés d'extraction et de purification de produits bioactifs à partir de plantes par couplage de techniques séparatives à basses et hautes pressions

Venko Bechkov

Description

Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
THÈSE En vue de l'obtention du DOCTORAT DE L'UNIVERSITÉ DE TOULOUSE Délivré par Institut National Polytechnique de Toulouse Discipline ou spécialité : Génie des Procédés et de l'Environnement JURY M. BECHKOV Venko Président Mme BARTH Danielle Rapporteur M. DIMITROV Krasimir Rapporteur M. CONDORET Jean-Stéphane Directeur de thèse M. ANGELOV George Directeur de thèse Mme CAMY Séverine Membre Ecole doctorale : Mécanique, Energétique, Génie Civil, Procédés (MEGeP) Unité de recherche : Laboratoire de Génie Chimique (Toulouse) Institut de Génie Chimique de l'Académie Bulgare des Sciences (Sofia, Bulgarie) Directeur(s) de Thèse : CONDORET Jean-Stéphane et ANGELOV George Présentée et soutenue par Petko Ivanov PENCHEV Le 20/07/2010 Titre : Étude des procédés d'extraction et de purification de produits bioactifs à partir de plantes par couplage de techniques séparatives à basses et hautes pressions

• extraction supercritique d'acide rosmarinique


• techniques extractives


• condoret jean-stéphane


• choix des conditions opératoires pour l'extraction

Sujets

• Dimitrov
• Institut national polytechnique de Toulouse
• Todor Kiutchoukov
• Université de Toulouse

Informations

• Publié par: profil-zyak-2012
• Publié le: 01 juillet 2010
• Nombre de lectures: 44
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 2 Mo

Extrait

THÈSE

En v u e d e l' ob t e n t ion d u

D OCTORATDEL’UNI VERSITÉDETOULOUSE

D é liv r é p a rInstitut National Polytechnique de Toulouse D iscip lin e ou sp é cia lit é :Génie des Procédés et de l'Environnement

Pr é se n t é e e t sou t e n u e p a r Petko Ivanov PENCHEV Le 2 0 / 0 7 / 2 0 1 0 Tit r e :Étude des procédés d’extraction et de purification de produits bioactifs à partir de plantes par couplage de techniques séparatives à basses et hautes pressions

JU RY M. BECHKOV Venko Président Mme BARTH Danielle Rapporteur M. DIMITROV Krasimir Rapporteur M.de thèseJean-Stéphane Directeur  CONDORET M.George Directeur  ANGELOV de thèse Mme CAMY Séverine Membre

Ecole d oct or a le :Mécanique, Energétique, Génie Civil, Procédés (MEGeP) U n it é d e r e ch e r ch e :Laboratoire de Génie Chimique (Toulouse) Institut de Génie Chimique de l’Académie Bulgare des Sciences (Sofia, Bulgarie) D ir e ct e u r ( s) d e Th è se :CONDORET Jean-Stéphane et ANGELOV George

REMERCIEMENTS Nombreuses sont les personnes que je souhaite remercier pour m’avoir aidée et soutenue durant ces quatre ans. J’adresse mes remerciements à mes co-directeurs de thèse, professeur George Angelov et professeur Jean-Stéphane Condoret qui m’ont encadré pendanant ces quatre ans. Je remercie Séverine de m’avoir aidé au niveau de la science. Je voudrais remercier mon collègue et ami Pablo pour son aide au niveau de la modélisation mathématique et pour les momentsagréables passés ensemble. J’adresse mes remerciements également à Alec et Jean-Luis pour le support technique. Merci à tous les collègues et amis de la pause-café de m’avoir fait la vie plus interssante. Je n’oublie pas le support de mes parents et mes amis. Merci à vous tous ! САɆОɅЕВСɄИ!

SOMMAIRE

INTRODUCTION I. Bibliographie I.1. Introduction I.2. Les antioxydants I.3. L’acide rosmarinique I.4. La mélisse I.5. Citral et caryophyllène I.6. Techniques extractives I.7.Les fluides supercritiques I.7.1. Le domaine supercritique I.7.1.1. Généralités I.7.1.1.1. Diagramme de phase d’un corps pur I.7.1.1.2. Masse volumique autour du point critique I.7.1.1.3. Influence de la température sur la solubilité I.7.1.2. . Principaux fluides supercritiques I.7.1.3. Utilisation des fluides supercritiques I.7.2. Extraction par fluides supercritiques (ESC) I.7.2.1. Généralités .7.2.2. Avantages et inconvénients I.7.2.3.Mise en œuvre de l’extraction supercritique I.7.2.3.1. Traitement de matrices solides I.7.2.3.2.Mélanges liquides

I.7.2.4 Aspects énergétiques du procédé d’extraction semi-batch

I.7.2.5. Choix des conditions opératoires pour l’extraction I.7.2.6. Solubilité dans le CO 2 supercritique I.7.2.7. Utilisation de co-solvants I.7.2.8. Applications industrielles I.7.2.9. Extraction supercritique d’acide rosmarinique I.7.2.10. Modélisation mathématique

1 5 5 6 7 10 15 16 21 21 21 22 23 24 26 27 27 27 28 29 29 31 32 33 34 35 35 36 37

I.7.2.11. Conclusion I.8. Nanofiltration I.9. Schémas de couplage de diverses techniques d’extraction, de prétraitement et de séparation I.10. Conclusion II. Matériel et méthodes II.1. Matière végétale - mélisse (Melissa officinalis L.) II.2. Techniques d’extraction, purification et concentration utilisées II.2.1. Extraction par CO 2 supercritique (ESC) II.2.2. Soxhlet II.2.3. Extraction en mode batch (échelle laboratoire) II.2.4. Concentration des extraits par nanofiltration

38 39 40 42 46 46 48 48 50 52 53 II.2.5. Application semi-industrielle de l’extraction solide-liquide dans un extracteur 54 56 56 58 63 63 63 65 65 67 70 71 74 77 77

rotatif II.3. Techniques analytiques II.3.1. Chromatographie en phase liquide à haute performance HPLC II.3.2. Chromatographie en phase gazeuse III. Extractions par le CO 2 supercritique III.1. Introduction III.2. Les expérimentations III.3. Résultats III.3.1. Influence des paramètres opératoires sur la cinétique d’extraction supercritique III.3.1.1. Influence de la température III.3.1.2. Influence de la pression III.3.1.3. Influence de la granulométrie III.3.1.4. Influence du débit du CO 2 III.3.2. Influence de la présence de co-solvants dans le solvant supercritique III.3.2.1. Co-solvant éthanol

III.3.2.2. Co-solvant eau III.3.2.3. Cinétique d’extraction supercritique avec du co-solvant éthanol III.3.3. Influence de la géométrie de la cellule d’extraction III.3.4. Modélisation n III.3.4.1. Modèlet III.3.4.1.1. Equation générale III.3.4.1.2. Résultats du modèle comparés avec l’expérience III.3.4.2. Single Sphere Model III.3.4.2.1. Hypothèses générales du modèle III.3.4.2.2. Equation générale III.3.4.2.3. Comparaison avec les résultats expérimentaux III.3.4.3. Single Plate Model III.3.4.3.1. Hypothèses générales du modèle III.3.4.3.2. Equation générale III.3.4.3.3. Comparaison avec les résultats expérimentaux III.3.4.4. Modèle d’extraction en lit fixe III.3.4.4.1. Hypothèses générales III.3.4.4.2. Equations générales III.3.4.4.3. Comparaison avec les résultats expérimentaux III.3.4.5. Modèle de J. M. del Valle III.3.4.5.1. Hypothèses générales du modèle III.3.4.5.2. Equations générales III.3.4.5.3. Comparaison avec les résultats expérimentaux

83 87 88 90 91 91 92 94 94 94 95 97 97 98 98 101 101 101 103 107 108 108 109 III.3.4.5.4. Application du modèle de del Valle pour diverses configurations géométriques 115 117

III.4. Extraction de l’huile essentielle de la mélisse par ESC

III.4.1 Estimation de la capacité de l’installation à récupérer le citral et le caryophyllène III.4.2. Extraction de la mélisse III.5. Conclusions IV. Extractions à pression atmosphérique et nanofiltration IV.1. Introduction

118 120 124

129 129

IV.2. Extraction Soxhlet IV.2.1. Expérimentations IV.2.2. Résultats IV.2.2.1. Extraction Soxhlet de la mélisse avec divers solvants IV.2.2.2. Double extraction Soxhlet IV.2.2.3. Prétraitement avec l’ESC IV.2.3. Conclusions IV.3. Extraction en mode batch (échelle laboratoire) IV.3.1.Détermination de la teneur totale en acide rosmarinique dans la matière première IV.3.2. Résultats et discussion IV.3.2.1. Influence de la concentration des solvants IV.3.2.2. Influence de la température IV.3.2.3. Cinétique générale du processus IV.3.2.4. Choix du solvant approprié IV.3.2.5. Cinétique de l’extraction avec le mélange éthanol-eau IV.3.2.6. Hydromodule IV.3.2.7. Influence de la granulométrie IV.3.2.8. Triple extraction IV.3.2.9. Couplage avec l’ESC IV.3.2.9.1. Prétraitement supercritique sans co-solvant IV.3.2.9.2. Influence de la présence du co-solvant éthanol dans l’étape supercritique

129 130 130 130 132 133 135 136 136 136 137 138 139 140 140 143 144 145 146 146 149 IV.3.2.9.3. Influence du pré-traitement supercritique sur la cinétique de l’extraction 153 154 154 154 156 159 160 160 161 162

conventionnelle IV.3.2.10. Modélisation IV.3.2.10.1. Hypothèses de modélisation IV.3.2.10.2. Equations générales IV.3.2.10.3. Comparaison aux résultats expérimentaux IV.3.3 Conclusions IV.4. Nanofiltration IV.4.1. Paramètres de base IV.4.2. Choix de la membrane IV.4.3. Expérimentations

IV.4.4. Résultats 164 IV.4.4.1. Bilan de matière de l’acide rosmarinique 165 IV.4.4.2. Rejet du composé-cible 165 IV.4.4.3. Détermination du flux et modélisation 166 IV.4.4.4. Réutilisation du filtrat en tant que solvant 171 IV.4.4.5. Conclusions 172 IV.5. Application semi-industrielle : extraction solide-liquide dans un extracteur rotatif 173 IV.5.1. Expérimentations et résultats 173 IV.5.1.1. Influence de la granulométrie sur l’extraction de l’acide rosmarinique 174 IV.5.1.2. Cinétique de l’extraction 175 IV.5.1.3. Couplage avec l’ESC 177 IV.5.1.4. Modélisation 178 V. Couplages des différentes techniques 183 V.1. Couplage de deux extracteurs Soxhlet 184 V.2. Couplage de l’extraction supercritique avec l’extraction Soxhlet 185 V.3. Couplage de l’extraction supercritique avec l’extraction batch 186 V.4. Couplage de l’extraction batch avec la nanofiltration 187 V.5. Couplage de l’extraction supercritique, de l’extraction batch et de la nanofiltration 188 V.6. Couplage de l’extracteur rotatif avec l’extraction supercritique 189 V.7. Conclusion 190

VI. Conclusions générales et perspectives Nomenclature Références Annexes

193 199 205 218